James Webb-rumteleskopet afslører universet i enestående, hidtil uset klarhed.
Hvad er Webbs opgaver?
Derudover vil Webb modtage den mest kompletteen idé om objekterne i Mælkevejen, nemlig om nogle af de 5 000 planeter, der blev opdaget i galaksen. Astronomer bruger præcisionen af teleskoplysanalyse til at tyde atmosfæren omkring nogle af disse nærliggende verdener. Egenskaberne ved deres atmosfærer vil være nøglen til at forstå, hvordan exoplaneten blev dannet, og om der er tegn på liv på den.
Hvad er problemet?
MIT personaleInstituttet har gennemført en ny undersøgelse. Forskere spekulerer i, at de værktøjer, som astronomer typisk bruger til at afkode lyssignaler, måske ikke er gode nok til nøjagtigt at fortolke det nye teleskops data. Især opacitetsmodeller - værktøjer, der modellerer, hvordan lys interagerer med stof baseret på dets egenskaber - kan kræve betydelig omjustering for at matche nøjagtigheden af Webbs data.
Hvis disse modeller ikke er færdiggjort, så egenskaberneplanetariske atmosfærer, såsom deres temperatur, tryk og grundstofsammensætning, kan variere med en størrelsesorden. Det betyder, at forskerne tager fatalt fejl i deres beregninger.
Webb-teleskopillustration, NASA
Der er en videnskabeligt signifikant forskel påindeholdende en forbindelse såsom vand i en mængde på 5% og 25%, som moderne modeller ikke kan skelne. Den model, som NASA-forskere bruger til at dechifrere spektral information, stemmer ikke overens med nøjagtigheden og kvaliteten af data opnået fra James Webb-teleskopet. Som videnskabsmænd bemærkede, er det nødvendigt at løse problemet med uigennemsigtighed.
Hvad er opacitet?
Opacitet er et mål for, hvor nemt det erfotoner passerer gennem materialet. Som du ved, kan fotoner med visse bølgelængder passere direkte gennem et materiale, blive absorberet eller reflekteret tilbage. Det hele afhænger af, om og hvordan de interagerer med bestemte molekyler i materialet. Sådanne interaktioner afhænger også af materialets temperatur og tryk.
Opacitetsmodellen arbejder ud fraforskellige antagelser om, hvordan lys interagerer med stof. Astronomer bruger det til at udlede bestemte egenskaber ved et materiale baseret på lysspektret, der udsendes af materialet. I forbindelse med exoplaneter giver opacitetsmodellen mulighed for at dechifrere typen og overflod af kemikalier i en planets atmosfære baseret på det lys, der reflekteres fra den, og som fanges af teleskopet.
Hvad sker der nu?
Den nuværende moderne opacitetsmodel,som MIT sammenlignet med et klassisk sprogoversættelsesværktøj "fungerer anstændigt." Det dechifrerer normalt spektrale data opnået af teleskoper såsom Hubble Space Telescope.
Første foto af JSWT, NASA
"Indtil videre er denne Rosetta-sten alt"okay," skriver forskerne. Men nu hvor videnskabsmænd bevæger sig til det "næste niveau", der arbejder med Webbs ultrapræcise instrumenter, vil den nuværende oversættelsesproces "ikke fange de vigtige finesser." For eksempel dem, der adskiller en planet, der er egnet til liv, fra en ubeboelig.
Hvad har forskerne gjort?
I en ny undersøgelse ledte MIT-forskere efterhvilke atmosfæriske egenskaber modellen vil modtage, hvis den tilpasses. Målet er at tillade visse begrænsninger i forståelsen af, hvordan lys og stof interagerer. Som et resultat skabte videnskabsmænd otte sådanne "forstyrrede" modeller.
De lagerførte derefter hver model inklægte version, "syntetiske spektre". Vi taler om lysmønstre, som videnskabsmænd har modelleret. De ligner den nøjagtighed, som James Webb-teleskopet kunne registrere.
Hvad fandt forskerne ud af?
Det viste sig, at baseret på nogleog de samme lysspektre giver hver forstyrret model storskala forudsigelser af egenskaberne af planetens atmosfære. Baseret på deres analyse konkluderede forskerne, at hvis eksisterende opacitetsmodeller blev anvendt på lysspektrene fanget af Webb-teleskopet, ville de nå en vis "nøjagtighedsmur". Enkelt sagt vil de ikke være følsomme nok til at finde ud af planetens reelle temperatur (300 eller 600 grader Kelvin, 26,85 °C - 326,85 °C) og hvilken gas der optager 5% eller 25% af det atmosfæriske lag.
Denne forskel er vigtig, så videnskabsmænd kan begrænse planetdannelsesmekanismer og pålideligt identificere biosignaturer.
Holdet fandt også, at hver model ogsågivet en "god tilpasning" til dataene. Det betyder, at selvom den forstyrrede model gav den forkerte kemiske sammensætning, genererede den sit lysspektrum. Det var tæt nok til at "svare til" originalen.
Hvad er bundlinjen?
Der er nok parametre, der skal justeres, selv med den forkerte model, for at få en god pasform. Det betyder, at du ikke kan vide dig sikker på, at modellen er forkert.
Forskere er kommet med flere ideer om hvordanforbedre eksisterende opacitetsmodeller. For eksempel er der brug for flere laboratoriemålinger og teoretiske beregninger for at forfine antagelser om, hvordan lys og forskellige molekyler interagerer. Samarbejde mellem forskere fra forskellige områder er også nødvendigt. Især mellem astronomer og spektroskopispecialister.
Meget kunne gøres, hvis vi vidste perfekt, hvordan lys og stof interagerede.
Læs mere:
Mystisk 'blue goo' på bunden af havet forvirrer videnskabsmænd
Udviklet generator til vindmølleparker uden dyre magneter
Se på et fænomen, der simpelthen er umuligt på Mars
Hi-Tech oversatte og tilpassede Jennifers artikelChus "Studie: Astronomer risikerer at misfortolke planetariske signaler i James Webb-data," offentliggjort i MIT News, et websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning. Den originale artikel kan findes på linket.
Forsideillustration: Thibaut Roger, Thibaut Roger
Copyright: © CC BY-NC-SA 4.0